必修二第六章章第2节基因工程和应用.doc

第六章第2节 基因工程及其应用 第I部分 课前预习一、预习目标预习基因工程及其应用，初步掌握基因工程的原理、工具及操作步骤。二、预习内容（一） 基因工程的原理1. 基因工程的概念：基因工程又叫 技术或 技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的 提取出来，加以 ，然后放到另一种 生物的细胞里， 地改造生物的 。基因工程是在 上进行的 水平的设计施工，需要有专门的工具。基因工程最基本的工具有：“ ”、“ ”、“ ”。2.基因工程的工具 （1）、基因的“剪刀”：_（简称_）（2）、基因的“针线”：_（3）、基因的 ：基因工程中，目前常用的运载体有_、_和_等。3. 基因工程的操作步骤：基因工程操作的一般步骤为：_、目的基因与_结合、将目的基因导入_、目的基因的_和_。（二）、基因工程的应用1、抗虫基因作物的使用，不仅减少了_，大大降低了生产成本，而且还减少了_。2、基因工程生产药品有_、_、_等。3、目前关于转基因生物和转基因产品的安全性，有两种观点，一种观点是转因生物和转基因食品不安全，_；另一种观点_。三、提出疑惑同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中疑惑点疑惑内容 第II部分 课堂探究一、学习目标1. 简述基因工程的基本原理；2. 举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用；3. 关注转基因生物和转基因食品的安全性。学习重点： 1. 基因工程的基本原理；2. 基因工程的安全性问题。学习难点： 1. 基因工程的基本原理；2. 转基因生物与转基因食品的安全性。二、学习过程（一）基因工程的原理1.基因工程育种与杂交育种、诱变育种相比，主要优点是什么？其原理是什么？2.限制酶有什么特点？3. 目的基因能否直接导入受体细胞？4切割运载体和目的基因往往是用同一种限制酶还是两种？5. 基因工程的操作步骤？（二）、基因工程的应用举例说明基因工程在作物育种、药物研制、环境保护中的应用。三、反思总结基因工程的别名操作环境操作对象操作水平操作工具基本过程结果四、当堂检测1要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是 （ ） 限制酶连接酶解旋酶还原酶 2基因工程的正确操作步骤是 （ ）使目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的表达和检测 提取目的基因 3科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是 （ ）A定向提取生物体的DNA分子 B定向地对DNA分子进行“剪切”C在生物体外对DNA分子进行改造 D定向地改造生物的遗传性状4下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体 （ ）A细菌质粒 B噬菌体 C动植物病毒 D 细菌核区的DNA5有关基因工程的叙述中，错误的是 （ ）ADNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B限制性内切酶用于目的基因的获得C目的基因须由运载体导入受体细胞 D人工合成目的基因不用限制性内切酶 6、不属于基因工程方法生产的药物是 （ ）A、干扰素B、白细胞介素C、青霉素D、乙肝疫苗7、下列哪一组生物都是通过基因工程方法培育成功的 （ ）A、转基因奶牛与无籽西瓜B、超级小鼠与高产青霉菌C、超级绵羊与无籽番茄 D、超级绵羊与抗虫棉7中国青年科学家陈大炬成功地把人的抗病毒干扰素基因“嫁接”到烟草的DNA分子上，使烟草获得了抗病毒的能力，试分析回答：(1)人的基因之所以能接到植物体上，原因是_(2)烟草具有抗病毒能力，说明烟草体内产生了_。(3)不同生物间的基因移植成功，说明生物共有一套_，从进化的角度来看，这些生物具有_。(4)烟草DNA分子被“嫁接”上或“切割”掉某个基因，实际上并不影响遗传信息的表达功能。这说明_。 第III部分 提升运用名师拓展基因工程的操作工具及基本步骤一、操作工具1基因的“剪刀”限制性核酸内切酶(简称限制酶)(1)分布：主要在微生物体内。(2)特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。2基因的“针线”DNA连接酶(1)催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。(2)催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。(3)催化结果：形成重组DNA。3常用的运载体质粒(1)本质：小型环状DNA分子(2)作用(3)条件二、操作步骤将目的基因导入受体细胞：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞 的方法知识拓展：1、基因工程的三种工具中，限制性核酸内切酶、DNA连接酶是基因操作过程中的酶工具，化学本质是蛋白质。但它们的功能不同，前者切割磷酸二酯键，后者连接磷酸二酯键。而运载体可能是质粒或病毒，它不是酶工具。2、限制性核酸内切酶、DNA连接酶都是一类酶，不是一种酶。3、质粒是最常用的运载体，不要把质粒同运载体等同，除此之外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质为DNA，其基本单位为脱氧核苷酸。4、要想从DNA上切下某个基因，应切2个切口，产生4个黏性末端。5、微生物常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖快、代谢快、目的基因产物多的特点。6、动物受体细胞一般选用受精卵，植物受体细胞可以是体细胞，但需与植物组织培养技术相结合。例2、下列叙述符合基因工程概念的是()AB淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株C用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上变式训练2、(2011哈尔滨九中测试)通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，下图表示了这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是GGATCC，请回答：(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是_。人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是_。 (2)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是_ _。(3)将人体蛋白质基因导入羊体内并成功地表达，使羊产生新的性状。这种变异属于_，这里“成功地表达”的含义是_ _。(4)你认为此类羊产生的奶安全可靠吗？理由是什么？基因重组与基因工程完成理解基因重组与基因工程比较表：比较项目基因重组基因工程不同点概念在生物体进行有性生殖过程中，控制不同性状的基因的重新组合按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状重组基因同一物种的不同基因不同物种间的不同基因繁殖方式有性生殖无性生殖变异大小小大意义是生物变异的来源之一，对生物进化有重要意义使人类有可能按自己的意愿直接定向地改造生物，培育出新品种相同点都实现了新品种不同基因间的重新组合，都能使生物产生变异知识拓展1基因重组发生于有性生殖中，不能打破生殖隔离，而基因工程则可实现异种生物的基因转移。2基因工程可使受体获得新的基因，表现出新的性状，该技术可看作是一种广义的基因重组。3转基因动、植物的培育，因其细胞全能性不同，外源基因的受体细胞也不同。培育转基因动物的受体细胞一般为受精卵；培育转基因植物的受体细胞可用生殖细胞，也可用体细胞。基因工程常需与其他工程技术配合，才能实现目的。例3、下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是()利用杂交技术培育出超级水稻通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒通过体细胞克隆技术培养出克隆牛将苏云金芽孢杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉将健康人的正常基因植入病人体内治疗基因病用一定浓度的生长素处理，获得无子番茄A BC D变式训练3、继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答下列问题。(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是_法。(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原因是_。(3)通常采用_技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。(4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_细胞中特异表达。(5)为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的_转入_细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为_。课后练习与提高基础巩固1科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是()A定向提取生物体的DNA分子B定向地对DNA分子进行人工“剪切”C在生物体外对DNA分子进行改造D定向地改造生物的遗传性状2(2011年福州高一检测)下列物质，不属于基因工程所需最基本的工具是()AX射线BDNA连接酶C质粒 D限制性核酸内切酶3下列关于DNA连接酶的叙述，正确的是()ADNA连接酶连接的是两条链碱基对之间的氢键BDNA连接酶连接的是黏性末端两条链主链上的磷酸和脱氧核糖CDNA连接酶连接的是黏性末端两条链主链上的磷酸和核糖D同一种DNA连接酶可以切出不同的黏性末端4下列能正确表示基因工程操作“四步曲”的是()A提取目的基因将目的基因导入受体细胞目的基因与运载体结合目的基因的检测与鉴定B目的基因的检测与鉴定提取目的基因目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞C提取目的基因目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定D目的基因与运载体结合提取目的基因将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定5用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是()A常用相同的限制酶切割目的基因和质粒BDNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶C可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒D导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达6(2011年淮北高一检测)如图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图，所用运载体为质粒A。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后，其上的基因能得到表达。(1)图中质粒A与目的基因结合产生重组质粒的过程通常是在体外完成的，此过程必须用到的工具酶为_。(2)在导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，所以在基因工程的操作步骤中必须要有_这一步骤。(3)若将重组质粒导入细菌后，目的基因在“工程菌”中表达成功的标志是什么？_。能力提升1以下有关基因工程的叙述，正确的是()A基因工程是细胞水平上的生物工程B基因工程的产物对人类都是有益的C基因工程产生的变异属于人工诱变D基因工程育种的优点之一是目的性强2下图表示限制酶切割某DNA分子的过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序列及切点是()ACTTAAG，切点在C和T之间BCTTAAG，切点在T和A之间CGAATTC，切点在G和A之间DGAATTC，切点在C和T之间3(2011年北京海淀区抽查)下图两个核酸片段在适宜的条件下，经X酶的作用，发生下述变化。则X酶是()ADNA连接酶 BRNA聚合酶CDNA聚合酶 D限制酶4如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()A BC D5上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白基因的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍。“转基因动物”是指()A提供基因的动物B基因组中增加外源基因的动物C能产生白蛋白的动物D能表达基因信息的动物6(2011年兴义高二检测)下列基因工程操作步骤中，未发生碱基互补配对的是()A以mRNA为模板人工合成目的基因B目的基因与质粒结合C重组质粒导入受体细胞D目的基因的表达7. 为了培育节水、高产品种，科学家将大麦中与抗旱、节水有关的基因导入小麦中，得到转基因小麦，其水分利用率提高20%。这项技术的遗传学原理是()A基因突变 B基因重组C基因复制 D基因分离8. 科学家运用基因工程技术将人胰岛素基因与大肠杆菌的质粒DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内获得成功表达。图示a处为胰岛素基因与大肠杆菌质粒DNA结合的位置，它们彼此能结合的依据是()A基因自由组合定律B半保留复制原则C基因分离定律D碱基互补配对原则9下列关于基因工程的叙述，错误的是()A目的基因和受体细胞均可来自动植物或微生物B限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达10下列关于基因工程的说法正确的是()A用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒B基因工程在畜牧业上应用的目的是培育体型巨大、品质优良的动物C任何一种假单孢杆菌都能分解四种石油成分，因此，假单孢杆菌是“超级细菌”D基因工程在农业生产上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物11如图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。(1)能否利用人的皮肤细胞来完成过程？_，为什么？_。(2)过程必需的酶是_酶。(3)在利用A、B获得C的过程中，一般用_切割A和B，使它们产生_，再加入_，才可形成C。(4)由此可知，基因工程操作一般要经过A的获取、_(填字母)和_(填字母)的结合、_(填字母)导入D、目的基因在大肠杆菌中表达与检测等四个步骤。12干扰素是一种糖蛋白，过去从人的血液中的白细胞中提取，产量很低。我国的科研人员侯云院士等一批人，成功运用基因工程技术提高了其产量，如图为其原理过程图。请据图回答：(1)图中过程叫_。(2)图中物质的化学本质是_，它之所以能作为运载体，必须具备的特点是_(写出任两点)。(3)切割和过程所需的酶一般是相同的，其原因是_。(4)该过程中，供体细胞是_，受体细胞是_(填字母)，重组DNA分子是_(填序号)，在形成的过程中需要_。(5)大肠杆菌等微生物是基因工程最常用的实验材料，这是因为_。(6)人的干扰素基因能在大肠杆菌内表达，其根本原因是_。13(2011年哈尔滨高一检测)通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质，如图表示了这一技术的基本过程。在该过程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是GGATCC，请回答：(1)从羊染色体DNA中“剪下”羊蛋白质基因的酶是_。人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是_。(2)请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是_，“插入”时常用的工具是_。(4)这里“表达”的含义是_。(5)你认为此类羊产生的奶安全可靠吗？理由是什么？_。基因工程及应用参考答案一、课前预习学案（一） 基因工程的原理1. 基因工程的概念：基因拼接 DNA重组 某种基因 修饰改造 定向 生物的遗传性状2. 基因工程的工具 ：限制性核酸内切酶（限制酶） DNA连接酶 运载体 质粒 噬菌体 动植物病毒3. 基因工程的操作步骤：提取目的基因 运载体 受体细胞 检测 鉴定（二）、基因工程的应用1.农药的用量 农药对环境的污染2.胰岛素 干扰素 乙肝疫苗3.要严格控制 转因生物和转基因食品是安全的，应该大范围推广二、课内探究学案（一）基因工程的原理1.目的性强，育种周期短，克服远缘杂交不亲的障碍2.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸系列，并在特定的切点上切割DNA分子。3.不能4.同一种5. 提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。反思总结基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象DNA或基因操作水平DNA分子水平操作工具限制性核酸内切酶、DNA连接酶、运载体基本过程（1）提取目的基因（2）目的基因与运载体结合 （3）将目的基因导入受体细胞（4）目的基因的表达和检测结果人类需要的基因产物当堂检测 1.A 2.C 3.D 4.D 5.A 6.C 7.D8. (1)人与植物的基因化学组成和结构是相同的(2)抗病毒干扰素(3)遗传密码 共同的原始祖先(4)基因是遗传物质结构和功能的基本单位课后练习与提高基础巩固1.解析：选D。定向地对DNA分子进行人工剪切等只是中间过程，定向地改造生物的遗传性状才是最终目的。2.答案：A3.答案：B4.解析：选C。基因工程操作的第一步是取得目的基因，然后将其与运载体结合形成重组DNA分子，再将重组DNA分子导入受体细胞中扩增，最后通过一定手段对受体细胞是否导入目的基因进行检测。5. 解析：选B。DNA连接酶是构建重组质粒必需的酶，而RNA聚合酶则用于DNA的转录过程中。6.答案：(1)限制酶和DNA连接酶(2)目的基因的检测(3)“工程菌”能合成生长激素能力提升1.解析：选D。基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造(目的性强)和重新组合(基因重组)，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。但并不是所有的基因产物对人类都有益。2.解析：选C。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。该限制酶能专一性识别GAATTC，并在G和A之间将这段序列切开。3.答案：A4.解析：选C。限制性核酸内切酶用于切割DNA片段，而与之作用相反的是DNA连接酶，用于连接DNA片段，DNA聚合酶用于DNA的复制过程，它需要模板，解旋酶会使DNA双链解旋而分开，它作用于碱基对之间的氢键。5. 答案：B6.解析：选C。人工合成目的基因、目的基因与运载体结合时一定进行碱基互补配对，目的基因的表达需要经过转录和翻译，也进行碱基互补配对。7. 答案：B8.解析：选D。用限制酶切割人的DNA分子，获得胰岛素基因，用同一种限制酶切割质粒，产生相同的黏性末端，它们通过碱基互补配对形成重组DNA分子。9.解析：选D。基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶；由于大肠杆菌内无内质网和高尔基体，所以人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性，需经体外进一步加工，才有生物活性。载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达。10. 解析：选D。用基因工程方法培育的抗虫植物(如抗虫棉)不能抗病毒，二者不是一回事；科学家培育转基因动物的更重要的目的是利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达，获